1

ANALISIS KOORDINASI OVERCURRENT RELAY MENGGUNAKAN

SOFTWARE ETAP 12.6.0 & ISA-TDMS 6.5.1

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik

Oleh:

GALIH DWI SUSANTO

D 400 140 022

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

i

HALAMAN PERSETUJUAN

ANALISIS KOORDINASI OVERCURRENT RELAY MENGGUNAKAN

SOFTWARE ETAP 12.6.0 & ISA-TDMS 6.5.1

PUBLIKASI ILMIAH

oleh:

GALIH DWI SUSANTO

D 400 140 022

Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh:

Dosen Pembimbing

UMAR, S.T, M.T

NIK.731

ii

HALAMAN PENGESAHAN

ANALISIS KOORDINASI OVERCURRENT RELAY MENGGUNAKAN

SOFTWARE ETAP 12.6.0 & ISA-TDMS 6.5.1

OLEH

GALIH DWI SUSANTO

D 400 140 022

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Pada hari kamis, 11 Januari 2017

dan dinyatakan telah memenuhi syarat

Dewan Penguji:

1. Umar, S.T, M.T (……………)

(Ketua Dewan Penguji)

2. Ir. Jatmiko, S.T, M.T (……………)

(Anggota I Dewan Penguji)

3. Agus Supardi, S.T, M.T (…………….)

(Anggota II Dewan Penguji)

Dekan,

Ir. Sri Sunarjono, M.T, Ph. D

NIK. 628

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah

diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan

saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali

secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas, maka akan saya

pertanggungjawabkan sepenuhnya.

.

Surakarta, 28 Desember 2017

Penulis

GALIH DWI SUSANTO

D 400 140 022

1

ANALISIS KOORDINASI OVERCURRENT RELAY MENGGUNAKAN

SOFTWARE ETAP 12.6.0 & ISA-TDMS 6.5.1

Abstrak

Listrik merupakan suatu kebutuhan pokok manusia diera modern. Dalam pendistribusian

energi listrik dari pembangkit hingga konsumen tidak lepas dari adanya gangguan yang

disebabkan oleh banyak faktor maka dibutuhkan peralatan-peralatan sistem proteksi.

Salah satu peralatan sistem proteksi yang terpasang pada transformator adalah Over

Current Relay (OCR) yaitu relay yang digunakan untuk mendeteksi gangguan minimum

2 fasa. Setting relay OCR perlu diperhatikan koordinasi waktu kerja rele terhadap

besarnya arus gangguan yang diterima, bertujuan untuk melepaskan gangguan dari

sistem pada daerah yang terganggu saja agar dapat selektif. Metode yang digunakan

dalam melakukan setting relay pada gardu induk 150kV palur yaitu mencari data

parameter trafo serta data setting relay berdasarkan panduan kesepakatan bersama

pengelolaan sistem proteksi trafo-penyulang 20kV tahun 2016 pada PT PLN (Persero),

kemudian disimulasikan menggunakan software ETAP 12.6.0 & ISA TDMS 6.5.1

dengan tujuan untuk mengetahui koordinasi waktu kerja antara sisi penyulang 20kV,

incoming 20kV, maupun sisi 150kV. Hasil simulasi yang didapatkan yaitu ketika terjadi

gangguan pada penyulang sebesar 2396A relay bekerja dengan waktu 1,18s pada

penyulang 20kV, sedangkan pada incoming 20kV waktu kerja relay 12,4s, dan pada sisi

150kV relay bekerja dengan waktu 17,2s.

Kata Kunci: ETAP 12.6.0, ISA-TDMS 6.5.1, Koordinasi, Gardu Induk, Relay Arus

Lebih

Abstract

Electricity is a basic human need in modern era. In the distribution of electrical energy

from the power plant is inseparable from the existence of disturbances caused by many

factors then required protection system equipment. One of the protection system

equipment installed on the transformer is the Over Current Relay (OCR) which is the

relay used for the upper 2 phase minimum disturbance. OCR relay settings need to be

considered the time required, so as not to be disturbed from the system in the disturbed

area just to be selective. The method used in setting relay at 150kV substation is to find

transformer parameter data and relay data arrangement based on system guide along with

20kV 20kV transformer protection in 2016 at PT PLN (Persero), then simulated using

ETAP 12.6.0 & ISA TDMS 6.5.1 to know the coordination of working time between the

20kV feeder side, 20kV entry, or 150kV side. The result of the simulation that happened

when the disturbance occurred on the repeater of 2396A rele worked with time 1.18s on

20kV repeater, while at incoming 20kV working time of 12,4s relay, and at 150kV side

relay work with time 17,2s.

Keywords: ETAP 12.6.0, ISA-TDMS 6.5.1, Coordinate, Substation, Overcurrent Relay

2

1. PENDAHULUAN

Sistem proteksi merupakan suatu sistem yang sangat penting dalam sistem tenaga listrik, karena

sistem tenaga listrik tidak bisa lepas dari adanya gangguan. Jenis gangguan sendiri yaitu karena

adanya arus hubung singkat yang menyebabkan arus yang mengalir cukup besar dan gangguan

karena putusnya penghantar. Dilihat dari akibat yang ditimbulkannya adanya suatu gangguan,

hubung singkat memerlukan perhatian yang jauh lebih besar daripada rangkaian terbuka (stevenson,

1993). Sehingga dalam menghilangkan gangguan hubung singkat yang cepat serta dapat selektif

dalam melepaskan gangguan dalam sistem tenaga listrik diperlukan kerja yang benar dalam sistem

perlindungannya. Terdapat banyak jenis relay proteksi didalam sistem tenaga listrik, sehingga dalam

kerjanya relay proteksi perlu dikoordinasikan dengan baik antara relay satu dengan yang lainnya

agar kehandalan sistem tetap terjamin. Bagian terpenting dalam mendesain perlindungan perlu

dipertimbangkan seperti jenis relay, ukuran pemutus arus, dan sekering (Zellagui, dkk., 2015).

Misalkan pada transformator terdapat proteksi cadangan yaitu relay arus lebih dengan waktu

bertingkat dan proteksi utama yaitu relay differensial. Relay proteksi utama harus beroperasi di

dalam periode waktu yang telah ditentukan, jika terjadi kegagalan relay primer, relay berikutnya

disebut back-up perlindungan harus bereaksi setelah penundaan yang ditentukan (choden, dkk.,

2017). Jika gangguan tidak lepas pada waktunya, hal tersebut menyebabkan hilangnya stabilitas,

kerusakan peralatan sistem dan pemadaman listrik jaringan (Kheirollahi., Namdari., 2014).

Badan usaha milik Negara Indonesia yaitu PT PLN (Persero) terus berupaya menyediakan

energi listrik yang handal dan berkualitas maka diperlukan pemeliharaan peralatan sistem. Peralatan

dari sistem tenaga listrik sebagian besar memerlukan pembebasan tegangan yang berarti bahwa

peralatan yang dipelihara harus dikeluarkan dari operasi, sehingga dapat menyebabkan berkurangnya

kemampuan penyediaan daya dari sistem tenaga listrik (D. Marsudi, 2015). Oleh karena itu, perlu

dikoordinir jadwal pemeliharaan sistem tenaga listrik satu daerah dengan daerah yang lainnya sesuai

jadwal. Pemeliharaan pada gardu induk 150 kV palur basecamp jajar dilakukan tiap 2 tahun oleh PT

PLN (Persero) agar dapat dipertahankan keandalan sistem.

Berdasarkan uraian diatas, tugas akhir ini melakukan analisa koordinasi dari nilai setting

overcurrent relay dengan data setting relay pada gardu induk 150 kV palur tersebut. Overcurrent

Relay adalah relay proteksi dimana relay bekerja saat besarnya arus melebihi tingkat pick up (uma,

onwuka, 2014). Tujuan analisa ini adalah untuk mendapatkan waktu seberapa cepat kerja relay

tersebut ketika mendapatkan besarnya arus gangguan yang ia terima melebihi setting relay

menggunakan simulasi ETAP 12.6.0 dan ISA-TDMS 6.5.1 dan sebagai dasar pengetahuan untuk

pengujian kualitas kerja dari perangkat relay tersebut.

3

2. METODE

2.1 Rancangan Penelitian

Penyusunan tugas akhir ini didasarkan pada beberapa metode sebagai berikut:

1) Studi Literatur

Studi literatur dilakukan sebagai dasar teori dalam melakukan penelitian berdasarkan tentang

tema yang diambil. Studi literatur yang digunakan meliputi buku, artikel, serta naskah publikasi

yang berhubungan dengan tema sebagai bahan referensi analisa.

2)Pengambilan Data

Pengambilan data dilakukan di PT PLN (Persero) BASECAMP JAJAR, SURAKARTA untuk

dijadikan sebagai bahan analisa pada penulisan tugas akhir ini.

3)Pengujian

Pengujian dilakukan untuk menguji nilai setting relay berdasarkan data yang diperoleh untuk

mengetahui waktu kerja terhadap arus gangguan yang dirasakan oleh relay. Menggunakan

software ISA-TDMS 6.5.1 & software ETAP 12.6.0.

4)Analisa Data

Data-data yang diperoleh berdasarkan simulasi ETAP 12.6.0 maupun pengujian dengan software

ISA-TDMS 6.5.2 kemudian dianalisa dengan perhitungan dan analisa koordinasi relay penyulang

20kV, incoming 20kV dan sisi 150kV.

5)Penyusunan Laporan

Pembuatan laporan sebagai dokumen hasil penelitian yang telah dilakukan.

2.2 Peralatan Pendukung Penelitian

Peralatan yang dibutuhkan dalam penelitian ini, sebagai berikut:

1)Laptop

2) Software ISA-TDMS (Test and Data Management System) digunakan untuk mendapatkan hasil

waktu kerja overcurrent relay terhadap arus gangguan yang diterima dengan nilai arus setting dan

waktu setting ocr yang telah ditentukan.

3) Software ETAP 12.6.0 digunakan untuk simulasi koordinasi kerja relay OCR dan PMT pada sisi

penyulang 20 kV, incoming 20 kV, dan sisi 150 kV.

4

2.3 Gambar Single Line Trafo III 60 MVA Palur

Gambar 1. Single Line Diagram Gardu Induk 150 kV Palur Trafo III

2.4 Diagram Alir Penelitian

Gambar 2. Diagram Alir Penelitian

5

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Sistem Kerja Relay

Relay arus lebih berfungsi sebagai relay cadangan untuk mengamankan trafo dari kerusakan akibat

gangguan luar. Karena gangguan luar tidak dapat diisolasi oleh proteksi utama maka perlu dipasang

relay lain jika dibiarkan akan berakibat beban lebih pada trafo yang akan menyebabkan pemanasan

berlebih (overheating) sehingga digunakan over current relay. Berikut adalah skema koordinasi

relay arus lebih dengan waktu tunda :

Gambar diatas adalah skema area pengaman oleh relay arus lebih, dalam pengaturan relay tersebut

perlu diperhatikan arus dan waktu kerjanya. Relay pada sisi penyulang harus bekerja lebih cepat

daripada sisi incoming sedangkan sisi incoming harus lebih cepat daripada sisi 150 kV. Berdasarkan

data PT PLN (Persero) terdapat kesepakatan bersama dari direksi tentang setting waktu kerja relay

yaitu untuk sisi penyulang 0,5s, sisi incoming 20 kV 1s, sisi 150 kV 1,5s.

3.2 Data Diambil Dari PT PLN (Persero) Trans-JBT Gardu Induk 150 kV Palur Pada Trafo 3

Kapasitas : 60 MVA

XT : 12,32 %

Jenis Relay : Areva Micom P122

Kurva : Standard Inverse

Tabel 1. Data Setting OCR Trafo 3 60 MVA Palur

No Keterangan 150 kV Incoming 20 Kv Penyulang 20 Kv

1 Arus Setting Relay 0,92*In Relay 0,832*In Relay 0,6*In Relay

1 Time Multiple Setting 0,36 s 0,25 s 0,275

2 Trafo CT 300/1 2500/1 800/5

3 Arus nominal Relay 1 A 1 A 5 A

4 Arus Highsetting 1 10*In 2,75*In 4,3*In

A = OCR sisi 150 kV

B = OCR sisi incoming 20

C = OCR sisi Penyulang 20 kV

Gambar 3. Daerah Pengaman OCR

6

5 Time Highsetting 1 0.00 s 0,6s 0,3s

6 K faktor 0,14 0,14 0,14

7 α faktor 0,02 0,02 0,02

Berdasarkan data yang diketahui maka didapatkan hasil analisa perhitungan sebagai berikut:

Arus Nominal Trafo :

In Trafo = Ket: (1)

In = Arus Nominal Trafo

In Trafo 150 kV = = 230,9 A

Berdasarkan data diatas Arus Setting Relay sebagai contoh arus setting pada Penyulang

20 kV :

Ket:

I set= Arus setting pada OCR

3.3 Analisa Kerja Relay

3.3.1 Simulasi Menggunakan ETAP 12.6.0

Gambar 4. Simulasi Koordinasi Proteksi OCR software ETAP 12.6.0

(2) I set =Rasio CT

120% * In

= 0,92 A (sekunder CT) I set =120% * 230,9

300/1

I set = 0,92 * 300 = 276 A (primer CT)

√3 * 150

60000

√3 * V

S

7

Simulasi koordinasi Over Current Relay menggunakan software ETAP 12.6.0 pada gambar diatas

dengan memasukkan nilai-nilai setting OCR baik arus setting maupun time multiple setting serta

trafo CT masing-masing OCR sisi penyulang, incoming 20 kV, maupun sisi 150 kV untuk

memproteksi sistem tenaga listrik tersebut. Maka berdasarkan simulasi tersebut dihasilkan koordinasi

proteksi dengan grafik sebagai berikut:

Gambar 5. Grafik kerja OCR terhadap arus gangguan pada penyulang

Grafik diatas menunjukkan terjadi gangguan pada sisi penyulang sebesar 2,396 kA, maka relay akan

bekerja dengan waktu 1,18s. Apabila penyulang terjadi kegagalan kerja, maka sisi incoming akan

bekerja ketika arus 2,396 kA dengan waktu 12,4s. Sedangkan sisi incoming mengalami kegagalan

kerja maka sisi 150 kV akan bekerja dengan arus 0,319 kA dengan waktu 17,2s. Analisa perhitungan

sebagai contoh pada sisi 150 kV, pada simulasi ETAP 12.6.0 gangguan yang terjadi pada sisi

penyulang 2396 A.

Maka besarnya gangguan pada sisi 150 kV :

Ket:

Vp = Tegangan primer Trafo

Vs = Tegangan Sekunder Trafo

Ip = Arus primer Trafo

Is = Arus Sekunder Trafo

(3) Ip

Vp

Vs

Is =

150

20

2,396

Ip = Ip = 0,319

kA

8

Waktu Kerja Relay 150 kV :

(Standard Invers)

Ket:

t = Waktu kerja relay (s)

TMS = Waktu setting relay OCR (s)

If = Arus gangguan (A)

Is = Arus Setting OCR (A)

3.3.2 Simulasi menggunakan ISA-TDMS 6.5.1

Tabel 2. Hasil Percobaan pada ISA-TDMS 6.5.1

No Penyulang 20 kV Incoming 20 Kv 150 kV

Ir (A) If (A) T (s) Ir (A) If (A) T (s) Ir (A) If (A) T (s)

1 3 480 23,2 0,924 2310 16,67 0,94 282 117,2

2 3,5 560 12,4 1,024 2560 8,411 1,04 312 20,53

3 4 640 6,67 1,124 2810 5,8 1,14 342 11,73

4 4,5 720 4,72 1,224 3060 4,516 1,24 372 8,417

5 5 800 3,74 1,324 3310 3,749 1,34 402 6,676

6 5,5 880 3,15 1,424 3560 3,239 1,44 432 5,6

7 6 960 2,75 1,524 3810 2,874 1,54 462 4,866

8 7 1120 2,25 1,624 4060 2,599 1,64 492 4,334

9 8 1280 1,94 1,724 4310 2,385 1,74 522 3,929

10 9 1440 1,73 1,824 4560 2,212 1,84 552 3,61

11 10 1600 1,58 1,924 4810 2,07 1,94 582 3,353

12 11 1760 1,46 2,024 5060 1,951 2,04 612 3,139

13 12 1920 1,36 2,124 5310 1,85 2,14 642 2,96

14 13 2080 1,29 2,224 5560 1,762 2,24 672 2,807

15 14 2240 1,23 2,324 5810 1,686 2,34 702 2,674

16 14,5 2320 1,20 2,424 6060 1,619 2,44 732 2,558

17 15 2400 1,17 2,524 6310 1,559 2,54 762 2,456

18 16 2560 1,13 2,624 6560 1,506 2,64 792 2,365

(4) x TMS -1

0,02

0,14

(If/Is) t =

x 0,36 - 1

0,02 (319/276)

0,14 t =

t = 17,3 s

9

19 17 2720 1,09 2,724 6810 1,458 2,74 822 2,284

20 17,5 2800 1,07 2,824 7060 0,6 2,84 852 0,001

21 18 2880 1,05 2,924 7310 0,6 2,94 882 0,001

22 18,5 2960 1,04 3,024 7560 0,6 3,04 912 0,001

23 19 3040 1,02 3,124 7810 0,6 3,14 942 0,001

24 19,5 3120 1,01 3,224 8060 0,6 3,24 972 0,001

25 20 3200 0,99 3,324 8310 0,6 3,34 1002 0,001

26 20,5 3280 0,98 3,424 8560 0,6 3,44 1032 0,001

27 21 3360 0,97 3,524 8810 0,4 3,54 1062 0,001

28 21,5 3440 0,3 3,624 9060 0,4 3,64 1092 0,001

Berdasarkan hasil simulasi software ISA TDMS versi 6.5.1 didapatkan nilai waktu kerja dan arus

yang dibaca relay pada sisi penyulang 20 kV yaitu 3A dengan waktu 23,2 s (pada gangguan 480 A)

dan setting highset (setting definite time) aktif ketika relay membaca arus sebesar 21,5 A (pada

gangguan 3440 A) maka relay akan bekerja seketika dengan waktu 0,3s. Sedangkan pada sisi

incoming 20 kV, arus yang dibaca relay 0,924 A (pada gangguan 2310 A) dengan waktu 16,67 s dan

setting highset 1 (setting definite time) aktif ketika relay membaca arus sebesar 2,824 A (pada

gangguan 7060 A) maka relay akan bekerja seketika dengan waktu 0,6 s, sedangkan highsett 2

(setting definite time) aktif ketika relay membaca arus sebesar 3,524 A (pada gangguan 8810 A)

maka relay akan bekerja seketika dengan waktu 0,4 s. Kemudian pada sisi 150 kV, arus yang dibaca

relay 0,94 A (pada gangguan 282 A) dengan waktu 117,2 s dan setting highset 1 (setting definite

time) aktif ketika relay membaca arus sebesar 2,84 A (pada gangguan 852 A) maka relay akan

bekerja seketika dengan waktu 0,001s.

4. PENUTUP

Berdasarkan hasil analisa yang telah dilakukan pada tugas akhir ini dengan pengambilan data pada

gardu induk 150 kV palur yaitu :

1)Koordinasi waktu kerja relay menggunakan metode grafik standard inverse serta definite time.

2) Definite time digunakan untuk setting highsett 1 dan setting highsett 2. Setting highsett 1 maupun

highsett 2 melihat aspek ketahanan trafo pemutusan gangguan harus dipercepat. Berdasarkan

buku pedoman kesepakatan bersama pengelolaan sistem proteksi trafo-penyulang 20 kV milik PT

PLN (Persero) disepakati parameter setting highsett 1 incoming 4*In dengan waktu 0,6s, highsett

2 incoming 5*In dengan waktu 0,4s. Pada penyulang highsett 1 2*In trafo (60 MVA) dengan

waktu 0,3s dan highsett 2 4,8*In dengan waktu 0s.

10

3) Hasil simulasi tersebut dapat digunakan untuk membandingkan dengan pengujian fisik dari relay

OCR apakah masih bagus atau perlu ada penggantian relay OCR yang baru.

PERSANTUNAN

Syukur alhamdulilah senantiasa penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayahnya

penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Salawat dan salam senantiasa tercurahkan kepada

kepada nabi Muhammad SAW, keluarga dan para sahabatnya serta penegak sunnah-Nya sampai

kelak akhir zaman. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah

membantu secara langsung maupun tidak langsung dalam penyusunan tugas akhir ini terutama

kepada kedua orang tua selalu mendo’akan dan memberi motivasi, dan bapak Umar, S.T, M.T selaku

pembimbing tugas akhir ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Abdul Rahman

B, dan mas Ari selaku pembimbing kerja praktek serta teman kelompok kerja praktek antara lain

Dyah Sekar Arum & Muhammad Ardan Ramadhani di PT PLN(Persero) Trans-JBT APP Salatiga

Basecamp Surakarta, serta teman-teman angkatan 2014 teknik elektro Universitas Muhammadiyah

Surakarta. Dan penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Intan Meidy Astuti yang selalu

memotivasi, mendukung serta membantu dalam penyusunan laporan tugas akhir ini.

DAFTAR PUSTAKA

Marsudi, Djiteng. 2015. Operasi Sistem Tenaga Listrik. Yogyakarta: Graha Ilmu.

Artono Arismunandar, Sususmu Kuwahara. 1993. Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik. Jakarta:

Pradnya Paramita.

William D. Stevenson, Kamal Idris. 1993. Analisis Sistem Tenaga Listrik, Edisi Keempat. Jakarta:

Erlangga.

PT PLN. 2016. Kesepakatan Bersama Pengelolaan Sistem Proteksi Trafo-Penyulang 20kV. Jawa

Tengah: PT PLN.

Karyana. 2013. Pedoman dan Petunjuk Sistem Proteksi Transmisi dan Gardu Induk Jawa Bali.

Jakarta: PT PLN.

Choden, Rinzin., Sither, Tshewang., Namgyel, Tashi. 2017. Overcurrent Relay Coordination In

Distribution System (A Case Study On Phuentsholing Low Voltage Distribution Network).

Puentsholing: College Of Science And Technology.

Kheirollahi, Reza., Namdari, Farhad. 2014. Optimal Coordination of Overcurrent Relays Based on

Modified Bat Optimization Algorithm. Lorestan: Lorestan University.

Zellagui, Mohamed., Benabid, Rabah., dkk. 2015. Optimal Overcurrent Relays Coordination in the

Presence Multi TCSC on Power Systems Using BBO Algorithm. Algeria: MECS.

11

Uma, Uma U., Onwuka, I.K. 2014. Overcurrent Relay Setting Model for Effective Substation Relay

Coordination. Nigeria: IOSR Journal of Engineering (IOSRJEN)